高齢マウスの脳卒中転帰を研究するための修正経頭蓋中大脳動脈閉塞モデル

要約

このプロトコルは、中型の梗塞と優れた生存率を持つユニークなマウスストロークモデルを示しています。このモデルにより、脳卒中前臨床研究者は虚血期間を延長し、高齢マウスを使用し、長期的な機能的転帰を評価することができます。

要約

実験的脳卒中研究では、マウスの虚血性脳卒中をモデル化するために、管腔内フィラメントによる中大脳動脈閉塞(MCAO)が広く使用されています。フィラメントMCAOモデルは、通常、C57Bl/6マウスで大規模な脳梗塞を示し、後大脳動脈によって供給される領域に脳組織が含まれることがありますが、これは主に後部連絡動脈閉鎖症の発生率が高いためです。この現象は、フィラメントMCAO後の長期脳卒中回復期にC57Bl/6マウスで観察される高い死亡率の主な原因と考えられています。したがって、多くの慢性脳卒中研究は遠位MCAOモデルを利用しています。しかし、これらのモデルは通常、皮質領域にのみ梗塞を引き起こすため、脳卒中後の神経学的欠損の評価が課題となる可能性があります。この研究は、体幹のMCAが部分的に部分的に閉塞している修正経頭蓋MCAOモデルを確立しました 小さな頭蓋窓 を介して 永久的または一過性に閉塞します。閉塞位置はMCAの起点に比較的近いため、このモデルは皮質と線条体の両方に脳損傷を引き起こします。このモデルの広範な特性評価により、高齢のマウスでも優れた長期生存率と、容易に検出可能な神経学的欠損が実証されています。したがって、ここで説明するMCAOマウスモデルは、実験的な脳卒中研究のための貴重なツールを表しています。

概要

米国では毎年約80万人が脳卒中を患っており、そのほとんどが虚血性です¹。組織プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)および/または血栓摘出術による脳血流のタイムリーな回復は、現在、脳卒中患者にとって最も効果的な治療法です。しかし、長期的に神経機能が完全に回復することはまれです^2,3。したがって、機能改善を標的とした新しい脳卒中治療法の探索は、臨床的に関連性のある脳卒中の動物モデルを必要とする集中的な研究分野です。

げっ歯類の最も一般的な虚血性脳卒中モデルは、脳卒中を誘発するために管腔内中大脳動脈閉塞(MCAO)を使用します。1989年にZea Longa社が開発したこのモデルでは、ナイロンフィラメントを内頸動脈(ICA)に導入し、中大脳動脈(MCA^)への血流を遮断します4。ただし、このモデルには制限があります。まず、フィラメントをICAに挿入すると、特にマウスでは、後大脳動脈(PCA)への血流も部分的に遮断される可能性があります。重要なことに、前大脳循環と後大脳循環をつなぐ小動脈である後部連絡動脈(PcomA)は、主に実験的脳卒中研究に使用されているC57Bl/6株など、一部のマウス系統ではしばしば未発達です。このPcomAの開存性は、脳卒中後のマウスの病変サイズの変動に寄与している^{と考えられている5。}実際、MCAO中にPCAへの血流が急激に低下し、PcomAが十分な副血流を提供できない場合、脳卒中梗塞はPCAの領域に拡大する可能性があります。さらに、このモデルでは、虚血の期間が長いほど、マウスの死亡率が高くなります。その結果、30〜60分の短いMCAO持続時間がマウスで典型的に用いられる。しかし、ほとんどの脳卒中患者は、再灌流治療の前に数時間の虚血を経験します。したがって、虚血の期間が長いマウス脳卒中モデルは、臨床的関連性が高い。

この手順の全体的な目標は、中型の梗塞があり、生存率が優れたマウスの虚血性脳卒中をモデル化することです。この経頭蓋MCAOモデルは、長期の虚血を行うことができるため、臨床的脳卒中の重要な属性に対処し、高齢のマウスはこのモデルによく耐え、機能回復の長期的な評価を可能にします。

プロトコル

この研究に記載されているすべての手順は、研究における動物のケアと使用に関するNIHガイドラインに従って実施され、プロトコルはデューク研究所の動物ケアおよび使用委員会(IACUC)によって承認されました。本研究では、若齢(8〜10週齢)および生後(22か月齢)の雄のC57Bl/6マウスを使用しました。このプロトコルの概要を 図1に示します。

1.手術の準備

1. マウスに肉眼的な異常や行動障害がないか調べます。
   注:手術前に、外科医はサージカルマスク、キャップ、手袋、ガウンなどの適切なPPE(個人用保護具)を着用することが重要です。
2. マウスの重さを量ります。体重に基づいて人工呼吸器( 材料表を参照)をプログラムします。
3. マウスを4インチx4インチx7インチの麻酔誘導ボックスに置きます。30に設定した酸素流量計( 材料表を参照)と70に設定した亜酸化窒素流量計をオンにします。5%イソフルランで気化器をオンにします。
4. ガイドワイヤーを20Gの静脈内(IV)カテーテルに挿入します。
5. マウスの呼吸数が毎分30〜40回に減少したら、マウスを誘導ボックスから取り出します。
6. マウスを仰臥位で手術台に置きます。マウスの舌を引き出し、左手の指で押さえます。喉頭鏡( 資料表参照)を動物の口に挿入して、声帯を視覚化します。
7. 右手中指を使って喉頭鏡の上でマウスの顎を安定させます。左手を離して、20 G IVカテーテルを保持します。
8. ガイドワイヤーを声帯に少し挿入し、カテーテルの翼部分が鼻先と平らになるまで、20G IVカテーテルをゆっくりと気管に押し込みます。
   メモ: マウスが動いている場合は、ワイヤーを挿入しないでください。気管に外傷や出血を起こすことがある。
9. 人工呼吸器( 材料表を参照)をオンにし、マウスに挿管された20 G IVカテーテルに接続します。イソフルランを1.5%に減らし、両方の肺が機械的に換気されていることを確認します。.
   注:イソフルラン濃度を下げることを忘れないでください。そうでなければ、マウスは麻酔の過剰摂取を受けます。
10. 眼軟膏を両眼に塗布し、5 mg / kgのカルプロフェンを皮下に注射します。
11. マウスを横方向に保ち、右側の側頭領域を上に向けています。加熱パッド(35°C)と温度調節器によって制御されるヒートランプを使用して、直腸温度を37°Cに維持します( 材料表を参照)。
12. 右目と耳の間の表面積を剃り、ヨウ素とアルコール綿棒で手術部位を少なくとも3回消毒します。

2.MCAO手術

1. MCAO手術用の滅菌器具パッケージを開きます。滅菌手袋を着用し、手術用ハサミを使用して右目と右耳の間に1cmの皮膚切開を行います。
   注意: 肌の色、体温、つま先をつまんだときの反応を15分ごとに監視します。
2. 鉗子で下にある筋膜を解剖し、側頭筋と咬筋を露出させます。
   注意: 耳下腺を傷つけないように注意してください。
3. 鉗子を使用して側頭筋の下部に触れ、頬骨弓の位置を検出します。顔面神経の枝を慎重に脇に引き寄せます。
4. 高温焼灼ループ( 材料表参照)の先端を使用して、側頭筋を5mmの横切開します。
5. 2つの鉗子を使用して、下にある頬骨弓を解剖し、上顎骨と頬骨の間の関節を露出させます。
6. はさみを使用して頬骨弓の3mmの部分を切り取り、それを取り除きます。咬筋を頭蓋底から分離します。
   注:眼窩後洞と表在性側頭静脈を骨折しないように注意してください。
7. 異なる方向に配置された4つの小さなリトラクターを適用して頭蓋骨の基部を露出させ、三叉神経枝を1つのリトラクターで横方向に引っ張ります。
   注:頭蓋底の外面にある溝は、前頭葉と側頭葉の間の側方亀裂の位置を示します。MCAはここにあり(図2A)、その幹と枝は薄くて透明な頭蓋骨を通して見えます(図2B)。この動脈と他の主要な脳動脈との関係を 図2Aに示す。
8. MCA幹の上の頭蓋骨と鼻皮質の枝の近位に0.9%生理食塩水を滴下します。電気グラインダーを使用して、小さな骨折が見えるまで頭蓋骨を薄くします。
   注意: グラインダーを頭蓋骨に押し付けると、頭蓋骨が貫通して下にある動脈が損傷する可能性があるため、押さないでください。
9. 鉗子の先端を使用して、薄くなった頭蓋骨を持ち上げて取り外します。偽マウスの場合は、ここで停止し、動脈を結紮しないでください。
   メモ: MCA トランクを横切る小さな長方形のウィンドウが形成されています。
10. MCAの上に黒い編組シルクの一本鎖ループを置きます(図2C)。8-0 を挿入するマイクロサージェリー針でMCAトランクを持ち上げ、針の下に縫合糸( 材料表を参照)を結び、針の両端を絹糸のループ結び目の上部に残します(図2D)。
11. 一過性MCAOの場合、針の下の絹糸の結び目をわずかに締めて動脈血流を遮断します(図2E)。
12. 鉗子を使用して縫合糸を保持し、虚血の終わりにゆっくりと針を抜きます(例:60分以上)。
    注:針を抜くと、絹糸の結び目がMCAから滑り落ち、脳が再灌流されます(図2F)。
13. 永久MCAOの場合は、動脈の周りの絹糸ループをしっかりと締め、針を取り外します。余分な縫合糸材料を切って取り除きます。
14. 皮膚切開部に0.25%ブピバカインを滴下し、6-0ナイロン縫合糸を使用して筋肉と皮膚を別々に断続的に縫合します( 材料表を参照)。皮膚切開部の表面に抗生物質軟膏を塗ります。
    注意: 皮膚の切開は、滅菌ステープルまたは接着剤で閉じることもできます。

3.術後のケア

1. イソフルランをオフにして、マウスを目覚めさせます。自発呼吸が回復したら、人工呼吸器を外してください。
2. マウスを温度管理された回収チャンバー( 材料表を参照)に移します。
3. マウスの直立反射が回復したとき、またはマウスが動き始めたら、マウスを抜管します。
4. 温度と湿度が制御されたチャンバーでマウスを注意深く監視します。マウスが完全に意識を取り戻した後、マウスをホームケージに戻します(回復期間~2時間)。5 mg / kgのカルプロフェンを毎日3日間皮下投与します。.

4. レーザースペックルコントラストイメージング(LSCI)

1. MCAOの6時間後と24時間後に、麻酔マウスを脳定位固定装置フレームに取り付けます。頭のてっぺんを剃り、ヨウ素とアルコールを交互に3本綿棒で拭きます。
   注:麻酔は、ステップ1.3で述べたように行われました。LSCIはMCAOの前にも実行されます。
2. 3cmの正中線の皮膚切開を行い、頭蓋骨から皮膚を解剖します。4つの小さなニードルリトラクターを適用して、頭蓋骨の上部を露出させます。
3. レーザースペックルカメラ( 材料表を参照)を頭の上に移動させ、カメラの焦点を調整します。脳の血流をイメージします。

5. 2,3,5-トリフェニルテトラゾリウムクロリド(TTC)染色

1. 実験の最後に、通常は脳卒中後1日目、3日目、または28日目に、5%イソフルランでマウスに深く麻酔をかけます。尻尾をつまんで、痛みの反応がないことを確認します。
2. 外科用ハサミでネズミの首を切り落とし、脳を採取する。脳を氷冷生理食塩水で20分間インキュベートします。
3. 氷の上で脳スライサーマトリックスに脳を入れ、冷たい生理食塩水を脳に垂らします。薄いカミソリの刃を使って脳を1mmのスライスに切ります。
4. 脳スライスを同じ向きで2%TTC溶液の皿に浸します( 材料表を参照)。皿を室温で15分間暗所に置いておきます。
   注:正常な脳組織は赤くなり、虚血組織は白いままです。
5. 脳スライスを10%ホルマリンに移し、24時間固定します。脳のスライスを画像化し、梗塞領域を測定します。

結果

手術用顕微鏡で直接見ることで、虚血時にMCAの血流が遮断されていることを視覚的に確認することができます。私たちの以前の研究では、レーザードップラー^{モニター6}を使用して虚血領域の血流が>80%減少することが示されました。MCAO後の血流変化を決定するために、LSCIを使用して虚血性侮辱と再灌流をさらに確認することができます(図1)。実際、

ディスカッション

最初の経頭蓋MCA閉塞モデルは、1981年にラットで確立され^11,12、¹⁹⁸⁹年に頭蓋切除術なしのMCAOモデルに置き換えられ^{ました4。}最初の経頭蓋MCA閉塞術は、頬骨弓全体が切除され、筋肉が横方向に引っ張られるように、広い手術野を持っていました。手術後に局所組織が腫れ上がり、ストレスがかかり、動物の餌摂取量が減少しました?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.25% bupivacaine	Hospira	NDC 0409-1159-18
0.9% sodium chloride	ICU Medical	NDC 0990-7983-03
2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC)	Sigma or any available vendor
20 G IV catheter	BD	381534	20 GA 1.6 IN
30 G needle	BD	305106
4-0 silk suture	Look	SP116	Black braided silk
8-0 suture with needle	Ethilon	2822G
Alcohol swabs	BD	326895
Anesthesia induction box	Any suitable vendor		Pexiglass make
Electrical grinder	JSDA	JD 700
High temperature cautery loop tip	Bovie	AA03
Isoflurane	Covetrus	NDC 11695-6777-2
Laser doppler perfusion monitor	Moor Instruments	moorVMS-LDF1
Lubricant eye ointment	Bausch + Lomb	339081
Mouse rectal probe	Physitemp	RET-3
Nitrous Oxide	Airgas	UN1070
Otoscope	Welchallyn	728	2.5 mm Speculum
Oxygen	Airgas	UN1072
Povidone-iodine	CVS	955338
Recovery box	Brinsea	TLC eco
Rimadyl (carprofen)	Zoetis	6100701	Injectable 50 mg/mL
Rodent ventilator	Harvard	Model 683
Temperature controller	Physitemp	TCAT-2DF
Triple antibioric & pain relief	CVS	NDC 59770-823-56
Vaporizer	RWD	R583S